Fraktur Apparat Design und Protokoll-Optimierung für geschlossen-stabilisierten Frakturen bei Nagern

Summary

Das Ziel des Protokolls ist die Fraktur Generation Parameter, um konsistente Frakturen führen zu optimieren. Dieses Protokoll entfallen die Variationen in Größe und Morphologie, die zwischen den Tieren bestehen können. Darüber hinaus ist eine kostengünstige, verstellbare Fraktur Apparat beschrieben.

Abstract

Die zuverlässige Generation konsistent stabilisierte Frakturen in Tiermodellen ist unerlässlich für das Verständnis der Biologie der Knochenregeneration und Therapeutika und Geräte zu entwickeln. Allerdings sind verfügbar Verletzungen Modelle von was verlorene Tiere und Ressourcen und unvollständige Daten Inkonsistenz geplagt. Zur Behebung dieses Problems der Fraktur Heterogenität ist der Zweck der hier beschriebenen Methode zur Optimierung der Fraktur Generation Parameter spezifisch für jedes Tier und ergeben eine konsequente Bruch Lage und Muster. Dieses Protokoll entfallen auf Variationen in Größe und Morphologie, die möglicherweise zwischen Mausstämme vorhanden und lässt sich anpassen, konsequente Frakturen bei anderen Spezies, wie z. B. Ratte zu generieren. Darüber hinaus ist eine kostengünstige, verstellbare Fraktur Apparat beschrieben. Im Vergleich zu aktuellen stabilisierte Fraktur Techniken, zeigen die Optimierung Protokoll und neue Fraktur Apparat erhöhte Konsistenz in stabilisierter Fraktur Mustern und Standorte. Mit optimierte Parameter spezifisch für die Art der Probe, die beschriebene Protokoll erhöht die Präzision der induzierten Traumata, Minimierung der Fraktur Heterogenität in der Regel in geschlossen-Fraktur Generation Verfahren beobachtet.

Introduction

Forschung auf Frakturheilung ist notwendig, ein große klinische und ökonomische Problem anzugehen. Jedes Jahr werden mehr als 12 Millionen Brüche in den Vereinigten Staaten¹, kostet $ 80 Milliarden pro Jahr²behandelt. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine männliche oder weibliche Leiden eine Fraktur im Laufe ihres Lebens ist 25 % und 44 %, bzw.³. Probleme im Zusammenhang mit Frakturheilung sollen mit erhöhten Komorbiditäten Alterung der Bevölkerung zu erhöhen. Um zu studieren und dieses Problem anzugehen, sind robuste Modelle der Fraktur-Generierung und Stabilisierung erforderlich. Nager-Modelle sind ideal für diesen Zweck geeignet. Sie bieten klinischen Relevanz und Adresse bestimmten Bedingungen (d. h., mehrere Verletzungen, offene, geschlossene, ischämische und infizierten Frakturen) angepasst werden können. Neben klinischen Szenarien zu replizieren, sind tierische Fraktur Modelle wichtig für das Verständnis der Knochenbiologie und die Entwicklung von Therapeutika und Geräte. Versuche die Unterschiede zwischen Interventionen untersuchen können jedoch durch die Variabilität von inkonsistenten Fraktur Generation eingeführt erschwert werden. So ist es wichtig, Bereich der Muskel-Skelett-Forschung, reproduzierbare und konsequent geschlossene Frakturen in Tiermodellen zu erzeugen.

Trotz richtig steuernd für potenzielle Thema Heterogenität durch die Sicherstellung der entsprechenden genetischen Hintergrund, Geschlecht, Alter und Umweltbedingungen, die Produktion von klinisch relevanten konsistente Knochenverletzungen ist eine wichtige Variable beeinflussen Reproduzierbarkeit, die kontrolliert werden müssen. Statistische Vergleiche mit inkonsistenten Frakturen sind mit experimentellen Lärm und eine hohe Variabilität⁴geplagt; Darüber hinaus führt Bruch Variabilität zu unnötigen tierischen Tod wegen der Notwendigkeit, erhöhen Sie die Größe der Stichprobe oder die Notwendigkeit, Tiere mit zerkleinertem oder fehlgestellte Frakturen einzuschläfern. Der Zweck der hier beschriebenen Methode besteht darin, die Fraktur-Generation-Parameter optimieren, die speziell für Probentyp und ergeben eine konsequente Bruch Lage und Muster.

Aktuelle Modelle der Fraktur-Generation fallen in zwei Hauptkategorien, jede mit ihren eigenen Stärken und Schwächen. Open-Fraktur (Osteotomie) Modelle operiert um den Knochen verfügbar zu machen, nach dem eine Fraktur induziert wird, von den Knochen schneiden oder Schwächen und dann brechen es manuell^5,6,7,8. Die Vorteile dieser Methode sind die direkte Visualisierung der frakturstelle konsequenter Bruch Lage und Muster. Die physiologischen und klinischen Relevanz des Ansatzes und Mechanismus der Schädigung ist jedoch begrenzt. Darüber hinaus erfordern offene Methoden der Fraktur-Generation ein chirurgisches Vorgehen und Verschluss mit einen längeren Zeitraum, während, die die Nagetiere zu einem erhöhten Risiko einer Kontamination ausgesetzt sind.

Geschlossene Techniken behandeln viele der offenen Technik Beschränkungen. Geschlossene Techniken erzeugen Frakturen mit ein extern Krafteinwirkung stumpfen Trauma die Schädigung der Knochen und das umliegende Gewebe, mehr ähnlich denen im menschlichen klinischen Verletzungen induziert. Die am häufigsten verwendete Methode wurde von Bonnarens und Einhorn in 1984⁹beschrieben. Sie beschrieben eine gewichtete Guillotine vermitteln stumpfes Trauma um die Knochen zu brechen, ohne irgendwelche externen Hautwunden verwendet wird. Diese Methode hat verbreitet zur Untersuchung der Wirkung von Genetik^10,11, pharmakologische Therapie^12,13,14,15, Mechanik^{16, 17}, und Physiologie^18,19,20 auf Knochenheilung bei Mäusen und Ratten. Während der Vorteil der geschlossenen Methoden physiologisch relevanten Frakturen ist, sind experimentelle Reproduzierbarkeit und Genauigkeit durch Bruch Heterogenität begrenzt. Die inkonsistente Fraktur-Generation führt eine begrenzte Differenzierung zwischen-Gruppe, verlorene Exemplare und eine Zunahme der Tiere, um statistische Signifikanz zu erreichen.

Controlling der Variabilität in der Fraktur-Generierung und Stabilisierung ist unerlässlich um sinnvolle Ergebnisse zu erzielen. Um die Biologie der Fraktur Reparatur ordnungsgemäß zu studieren, braucht man eine einfache, aber robuste Fraktur-Modell. Das Modell sollte übersetzbar Nagetierarten, Knochen-Typen (Femur oder Tibiae, zum Beispiel), und über Variable Maus genetische Hintergründe und induzierte Mutationen. Darüber hinaus sollte das ideale Verfahren werden technisch einfache und konsistente Ergebnisse zu produzieren. Zur Adresse Fraktur Heterogenität die hier beschriebene Methode ist der Bau ein kontrolliertes Fraktur-Gerät, das dann verwendet werden kann, um Parameter zu optimieren und generieren konsequent geschlossene Frakturen unabhängig von Alter, Geschlecht oder Genotyp.

Protocol

Dieses Protokoll wurde entwickelt, um sicherzustellen, dass Tiere nicht unnötig verwendet werden und sind alle unnötige Schmerzen und Qualen verschont; Es hält sich an alle geltenden Gesetze von Bund, Ländern, lokalen und institutionelle und Richtlinien für Tierversuche. Das Protokoll wurde unter der Leitung eines universitätsweiten Labors entwickelt spezialisierte Tier Medizin-Programm unter der Regie von Tierärzten auf tierische Labormedizin. Das Protokoll wurde überprüft und genehmigt durch die institutionell…

Representative Results

Die Guillotine, die früher in unserem Labor wurde im Jahr 2004 entwickelt und stützte sich auf Modelle von Einhorn21veröffentlicht. Das Design hat es nicht erlaubt Anpassungen der Unterschiede in der Morphologie der Knochen ausreichend berücksichtigt und erlaubte nicht, eine reproduzierbare Positionierung der Gliedmaßen. Darüber hinaus benötigt der früheren Apparat zwei Personen zu bedienen. Daher wir entworfen, entwickelt und errichtet einen neuen Bruch-Ap…

Discussion

Diese Fraktur Optimierung und Generierung Protokoll sieht Forscher mit einer effizienten Methode bei Fraktur Parameter ableiten und ausführen ein minimal-invasives Verfahren, das genaue, wiederholbare, Quere Frakturen produziert. Dieses Protokoll stellt darüber hinaus einen gemeinsamen Satz von Fraktur Generation Parametern, die Methode Konsistenz unter den Wissenschaftlern fördert. Dieser Parameter ermöglicht die Schaffung einer gemeinsamen Datenbank der Fraktur, Fraktur-Standards, basierend auf einer Vielzahl von P…

Materials

Support Subassembly			Supplementary Figure 1
Beam, Support–Jaw Section	80/20	1003 x 9.00	w/ #7042 at A, C, in Left End
Beam, Support–Horizontal Section	80/20	1002 x 14.00
Beam, Support–Vertical 1	80/20	1050 x 10.50	w/ #7042 at A in Left End and at A in Right End
Beam, Support–Vertical 2	80/20	1010 x 10.50	w/ #7042 at D, B in Left End and at A in Right End
Beam, Support–Plate Mount	80/20	1030 x 8.00	w/ #7036 at Left End
Beam, Support–Magnet	80/20	1010 x 13.50	w/ #7042 at A, C, in Right End
Anchors (3)	80/20	3392
Double Anchor (3)	80/20	3091
Bolt Assembly (6)	80/20	3386	1/4-20 x 3/8"
Button Head Socket Cap Screw (6)	80/20	3604	1/4-20 x 3/4"
Ram Subassembly			Supplementary Figure 2
Block, Stop	Custom		Supplementary Figure 3
Block, Guide	Custom		Supplementary Figure 3
Rod, Ram	Custom		Supplementary Figure 4
Alignment Screw	Custom		Supplementary Figure 5
Plate, Mounting	Custom		Supplementary Figure 6
Linear Sleeve Bearing (2)	McMaster-Carr	8649T2
Hex Nut (3)	McMaster-Carr	92673A125	3/8-16 UNC
Socket Cap Screw (8)	McMaster-Carr	92196A108	4/40 x 3/8"
Socket Cap Screw (6)	McMaster-Carr	92196A032	4/40 x 1 1/8"
Socket Cap Screw (1)	McMaster-Carr	92196A267	10/32 3/8"
Magnet Subassembly			Supplementary Figure 7
Mount, Magnet	Custom		Supplementary Figure 8
Power Supply	McMaster-Carr	70235K23
Foot Switch	McMaster-Carr	7376k2
Electromagnet	McMaster-Carr	5698k111
Wire – 10 feet	McMaster-Carr	9936k12
Rod, Magnet	McMaster-Carr	95412A566	1/4" Threaded Rod x 7"
Corner Bracket (6)	80/20	4108
Socket Cap Screw (1)	McMaster-Carr	92196A705	10/32 1 1/4"
Hex Nut (4)	McMaster-Carr	92673A113	1/4-20 UNC
Complete Assembly			Supplementary Figure 9
Bracket, Leg Jaw (2)	Custom		Supplementary Figure 10
Platform, Fracture	Custom		Supplementary Figure 11
Jig, Positioning-Fracture	Custom		Supplementary Figure 12
기타
Pin Cutter	Medical Supplies and Equipment	150S
Needles	Sigma	Z192430, Z192376	23g x 1.5" – mouse femur, 27g x 1.25" – mouse tibia